一种闸口集装箱自动验残方法技术

本方法涉及了一种闸口集装箱自动验残方法。首先基于边缘计算模式提出了一种以具有多功能的边缘节点为核心的集装箱验残框架，然后，按照闸口相关工作流程将其分解成相互关联的三个模块：集装箱检测模块、集装箱拼接模块以及集装箱验残模块。并根据三个模块所要完成的任务逐个进行功能分析、算法实现以及实验测试等方面的研究。算法方面，首先，设计了一种基于帧差法的集装箱检测启动程序以判断程序是否开始运行。其次，采用了一种基于相位相关法的图像拼接方式来获取集装箱的完整图。最后，在集装箱验残方面，针对集装箱上横梁的形变、集装箱表面的凹陷和集装箱表面的锈蚀的检测方法进行了研究，在对三种缺陷的图像特点进行分析的基础之上，使用机器视觉相关技术，分别提出了相应的检测算法。提出了相应的检测算法。提出了相应的检测算法。

【技术实现步骤摘要】
一种闸口集装箱自动验残方法


[0001]本方法属于人工智能、机器视觉领域，涉及一种用于闸口通过的集装箱自动验残的方法，可以对通过闸口的集装箱进行自动验残。

技术介绍

[0002]近年来，各大港口的集装箱吞吐量呈现不断上升的趋势，实现港口集装箱业务的智能化成了迫在眉睫的任务。集装箱残损检验工作作为集装箱业务的重要组成部分，是必不可少的研究方向之一，却鲜有人研究。目前，各大港口闸口的集装箱检测方式主要采用人工检测；在少部分闸口中，工作人员通过使用辅助设备进行检测，其实质依然是人工检测。人工检测存在着很多难以解决的问题，例如人工经验要求高、工作环境危险等。
[0003]在我国集装箱闸口检验技术研究方面，主要就验残和箱号识别两方面进行讨论。在集装箱验残方面，大都采用半自动化技术，即通过对监控摄像机或者传感器等辅助设备在闸口现场进行部署，来辅助监控室的工作人员进行判断，如Jeng等提出了一种基于传感器检测集卡并结合CCD相机对集装箱各个面进行拍照，并显示在监视器上由人工进行查验的方法；厦门外轮理货有限公司提出了一种相似原理的集装箱验残装置，主要就本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种闸口集装箱自动验残方法，包括三个部分：首先，通过集装箱检测启动程序以判断程序是否开始运行；其次，通过相位相关法的图像拼接方式来获取集装箱的完整图；最后，对集装箱上横梁的形变、集装箱表面的凹陷和集装箱表面的锈蚀三种缺陷分别进行检测；在对三种缺陷的图像特点进行分析的基础之上，使用机器视觉相关技术，分别提出了相应的检测算法，包括以下步骤：A.集装箱检测启动程序，该算法基于一个事实：在对集装箱进行检测之前，要对车道中是否有集卡通过进行判断，并且当卡车经过闸口时，速度会相对有所减缓，以便于留出时间让摄像头拍摄和工作人员进行检查，并且我们只需要知道是否有卡车经过而不需要得到卡车的全图，基于这点，为了节省计算资源并加快处理速度，我们首先选取本车道区域作为处理的ROI区域，并选择隔帧的处理方式在ROI区域进行帧差法处理：首先对读入的相邻帧图像分别进行灰度化处理和低通滤波处理；其次，对相邻两帧图像运用帧差法，得到帧差图像；最后，通过对帧差图像进行二值化处理，并对其内所含的信息进行计算来判断是否有卡车车头进入摄像机视野；当目标(集卡和所运载的集装箱)没有在监控视野内时，摄像机镜头内的画面无显著变化，帧差图像内信息为0，当车头进入监控视野中时，帧差图像内会含有两幅图像相差的信息；检测完车头之后，要对卡车是否载有集装箱进行检测，同样选用帧差法来进行判断；首先，差值图像中每列最高点白色像素点高度h
i
，有白像素点的总列数col1，计算图像最高点均值：其次，取当前图像第一部分hx50区域、第二部分hx100区域、第三部分hx50区域图像，按公式(1)的步骤计算三个区域的val21、val22、val23，取ROI区域前1/2区域、后1/2区域图像，计算两个区域的val31、val32；最后，如果val21＞val1并且val22＞val1并且val23＞val1，则可确认集卡装载有集装箱，可以开始进行集装箱验残；如果val31＞0并且val32＝0，则代表卡车已经开过；B.图像拼接：因设监控视野中时间t的集装箱图像为f1(x，y)，时间t+s的集装箱图像为f2(x，y)，在s时间内集装箱的位移量为Δx，Δy，则f1(x，y)和f2(x，y)之间的相同部分的位置变化可以看作是位移了Δx大小之后的结果，即f2(x，y)和f1(x，y)之间的关系可以表示成：f1(x，y)＝f2(x
‑
Δx，y
‑
Δy)
ꢀꢀ
(2)我们可以使用Fourier变换把时间域的变化转换到频域，再通过相移的大小来得到表示位移量，公式(2)的傅里叶表达式可以表示成公式(3)的形式；F1(u，v)＝F2(u，v)*e
‑
j*2π*(u*Δx+v*Δy)
ꢀꢀ
(3)其中，其中F1(u，v)为f1在频域的表现形式，F2(u，v)为f2在频域的表现形式，功率密度函数是单位频带内的信号功率，表示了信号功率随着频率变化而变化的情况，通过对F1和F2分别求取其共轭F
1*
和F
2*
，接下来求取f2(x，y)和f1(x，y)的互功率谱，求取公式如(4)所示：接下来，对互功率谱H
cps
(u，v)取傅里叶反变换：
IFFT(H
cps
(u，v))＝δ(u
‑
Δx，v
‑
Δy)
ꢀꢀ
(5)通过公式(5)，我们得到了一个脉冲函数，寻找该脉冲函数峰值坐标即可得到偏移量，根据偏移量，对图像进行拼接，在车尾进入视野后，拼接结束，即可得到集装箱全景图；C.集装箱验残：主要针对集装箱两个侧面和顶面进行残损检测，并分别对集装箱横梁形变、集装箱表面的凹陷以及集装箱表面的锈蚀三种残损；针对集装箱上横梁形变的检测提出了一种基于边缘信息结合非线性最小二乘法的检测算法；为了节省计算资源，首先自动获取集装箱的上横梁，接着通过Sobel算子对我们实验所需的上边缘的提取效果要优于其他两个边缘提取算子，为了更方便地对集装箱的上边缘进行定位，对边缘图像进行非极大值抑制以消除杂散效应后，最后选取合适的双阈值算法检测和连接以获取上横梁的上边缘，这样可以便于对边缘点信息进行统计；采用最小二乘法进行直线拟合，通过在直线类y＝kx+b中寻找一条最佳的直线来拟合给定的散点集，记散点集中的真实值为y，共有m个点，拟合值为y
′
，误差计算公式如式(6)；最佳直线要求所求的k和b使得公式(7)的误差计算最小，通过计算拟合值和真实值之间的误差E
r
的大小来确定上横梁是否发生形变；E
r
＝|y
‑
y
′
|
ꢀꢀ
(6)对于集装箱表面的凹陷，结合凹陷图像信息的特点提出一种基于横向梯度信息的凹陷检测方法，即通过使图像横向梯度...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤春明，陈朋，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
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